Măsurarea constantă și precisă a temperaturii este esențială în industria materialelor plastice pentru a asigura finisarea corectă a produselor termoformate.Atât în aplicațiile de termoformare staționară, cât și rotativă, temperatura de formare scăzută produce tensiuni în piesa formată, în timp ce temperaturile prea ridicate pot cauza probleme precum formarea de vezicule și pierderea culorii sau a luciului.
În acest articol, vom discuta despre modul în care progresele în măsurarea temperaturii fără contact în infraroșu (IR) nu numai că ajută operațiunile de termoformare să-și optimizeze procesele de fabricație și rezultatele comerciale, ci și să permită conformitatea cu standardele din industrie pentru calitatea și fiabilitatea produsului final.
Termoformarea este procesul prin care o foaie termoplastică este moale și flexibilă prin încălzire și deformată bi-axial prin forțarea într-o formă tridimensională.Acest proces poate avea loc în prezența sau absența mucegaiului.Încălzirea foii termoplastice este una dintre cele mai cruciale etape în operația de termoformare.Mașinile de formare folosesc în mod obișnuit încălzitoare de tip sandwich, care constau din panouri de încălzitoare cu infraroșu deasupra și dedesubtul materialului din tablă.
Temperatura centrală a foii termoplastice, grosimea acesteia și temperatura mediului de producție afectează toate modul în care lanțurile polimerice din plastic curg într-o stare modelabilă și se transformă într-o structură polimerică semi-cristalină.Structura moleculară finală înghețată determină caracteristicile fizice ale materialului, precum și performanța produsului final.
În mod ideal, foaia termoplastică ar trebui să se încălzească uniform la temperatura de formare adecvată.Apoi, foaia se transferă la o stație de turnare, unde un aparat o presează pe matriță pentru a forma piesa, folosind fie un vid, fie aer presurizat, uneori cu ajutorul unui dop mecanic.În cele din urmă, piesa este evacuată din matriță pentru etapa de răcire a procesului.
Majoritatea producției de termoformare este realizată de mașini cu rolă, în timp ce mașinile de alimentare cu foi sunt pentru aplicații de volum mai mic.Cu operațiuni de volum foarte mare, se poate justifica un sistem de termoformare complet integrat, în linie, cu buclă închisă.Linia primește materie primă plastică, iar extruderele alimentează direct mașina de termoformare.
Anumite tipuri de instrumente de termoformare permit tăierea articolului format în mașina de termoformare.Cu această metodă este posibilă o precizie mai mare de tăiere, deoarece produsul și resturile de schelet nu necesită repoziționare.Alternativele sunt acolo unde foaia formată se indexează direct la stația de tăiere.
Volumul mare de producție necesită de obicei integrarea unui stivuitor de piese cu mașina de termoformare.Odată stivuite, articolele finite se ambalează în cutii pentru a fi transportate la clientul final.Restul de schelet separat este înfășurat pe un mandrin pentru tocarea ulterioară sau trece printr-o mașină de tocat în linie cu mașina de termoformare.
Termoformarea tablei mari este o operație complexă susceptibilă la perturbări, care poate crește foarte mult numărul de piese respinse.Cerințele stricte de astăzi pentru calitatea suprafeței piesei, acuratețea grosimii, durata ciclului și randamentul, combinate cu fereastra mică de procesare a noilor polimeri de proiectare și a foilor multistrat, i-au determinat pe producători să caute modalități de îmbunătățire a controlului acestui proces.
În timpul termoformarii, încălzirea foii are loc prin radiație, convecție și conducție.Aceste mecanisme introduc o mare incertitudine, precum și variații în timp și neliniarități în dinamica transferului de căldură.În plus, încălzirea foii este un proces distribuit spațial cel mai bine descris prin ecuații cu diferențe parțiale.
Termoformarea necesită o hartă de temperatură precisă, cu mai multe zone înainte de formarea pieselor complexe.Această problemă este agravată de faptul că temperatura este de obicei controlată la elementele de încălzire, în timp ce distribuția temperaturii pe grosimea foii este principala variabilă a procesului.
De exemplu, un material amorf cum ar fi polistirenul își va menține în general integritatea atunci când este încălzit la temperatura de formare din cauza rezistenței ridicate la topire.Drept urmare, este ușor de manevrat și format.Când un material cristalin este încălzit, se schimbă mai dramatic de la solid la lichid odată ce temperatura sa de topire este atinsă, făcând fereastra de temperatură de formare foarte îngustă.
Modificările temperaturii ambientale cauzează, de asemenea, probleme în termoformare.Metoda de încercare și eroare de a găsi o viteză de avans al rolei pentru a produce mulaje acceptabile s-ar putea dovedi a fi inadecvată dacă temperatura din fabrică s-ar schimba (adică, în lunile de vară).O modificare a temperaturii de 10°C poate avea o influență semnificativă asupra ieșirii din cauza intervalului de temperatură de formare foarte îngust.
În mod tradițional, termoformatoarele s-au bazat pe tehnici manuale specializate pentru controlul temperaturii foii.Cu toate acestea, această abordare dă adesea rezultate mai puțin decât cele dorite în ceea ce privește consistența și calitatea produsului.Operatorii au un act de echilibrare dificil, care presupune reducerea la minimum a diferenței dintre miezul foii și temperaturile de suprafață, asigurându-se în același timp că ambele zone rămân în limitele temperaturilor minime și maxime de formare ale materialului.
În plus, contactul direct cu foaia de plastic este nepractic în termoformare, deoarece poate cauza pete pe suprafețele din plastic și timpi de răspuns inacceptabili.
Din ce în ce mai mult, industria materialelor plastice descoperă beneficiile tehnologiei infraroșu fără contact pentru măsurarea și controlul temperaturii procesului.Soluțiile de detectare pe bază de infraroșu sunt utile pentru măsurarea temperaturii în circumstanțe în care termocuplurile sau alți senzori de tip sondă nu pot fi utilizați sau nu produc date precise.
Termometrele IR fără contact pot fi folosite pentru a monitoriza temperatura proceselor care se mișcă rapid rapid și eficient, măsurând temperatura produsului direct în locul cuptorului sau uscătorului.Utilizatorii pot ajusta apoi cu ușurință parametrii de proces pentru a asigura o calitate optimă a produsului.
Pentru aplicațiile de termoformare, un sistem automat de monitorizare a temperaturii în infraroșu include de obicei o interfață pentru operator și un afișaj pentru măsurătorile procesului din cuptorul de termoformare.Un termometru IR măsoară temperatura foilor de plastic fierbinți, în mișcare, cu o precizie de 1%.Un contor digital cu panou cu relee mecanice încorporate afișează date de temperatură și emite semnale de alarmă atunci când temperatura de referință este atinsă.
Folosind software-ul sistemului cu infraroșu, termoformatoarele pot seta intervale de temperatură și de ieșire, precum și punctele de emisivitate și alarmă și apoi pot monitoriza citirile de temperatură în timp real.Când procesul atinge temperatura punctului de referință, un releu se închide și fie declanșează un indicator luminos, fie o alarmă sonoră pentru a controla ciclul.Datele despre temperatura procesului pot fi arhivate sau exportate în alte aplicații pentru analiză și documentare proces.
Datorită datelor din măsurătorile IR, operatorii liniei de producție pot determina setarea optimă a cuptorului pentru a satura complet foaia în cea mai scurtă perioadă de timp, fără a supraîncălzi secțiunea din mijloc.Rezultatul adăugării de date precise de temperatură la experiența practică permite modelarea draperiilor cu foarte puține rebuturi.Și, proiectele mai dificile cu material mai gros sau mai subțire au o grosime finală mai uniformă a peretelui atunci când plasticul este încălzit uniform.
Sistemele de termoformare cu tehnologie de senzori IR pot optimiza, de asemenea, procesele de deformare a materialelor termoplastice.În aceste procese, operatorii uneori își conduc cuptoarele prea fierbinți sau lasă piesele în matriță prea mult timp.Folosind un sistem cu un senzor cu infraroșu, acestea pot menține temperaturi de răcire constante între matrițe, crescând producția de producție și permițând îndepărtarea pieselor fără pierderi semnificative din cauza lipirii sau deformării.
Chiar dacă măsurarea fără contact a temperaturii în infraroșu oferă multe avantaje dovedite pentru producătorii de materiale plastice, furnizorii de instrumente continuă să dezvolte noi soluții, îmbunătățind în continuare precizia, fiabilitatea și ușurința de utilizare a sistemelor IR în medii de producție solicitante.
Pentru a rezolva problemele de ochire cu termometrele IR, companiile de instrumente au dezvoltat platforme de senzori care oferă vizionare integrată a țintei prin lentilă, plus vizualizare cu laser sau video.Această abordare combinată asigură țintirea corectă și locația țintei în cele mai nefavorabile condiții.
Termometrele pot include, de asemenea, monitorizare video simultană în timp real și înregistrarea și stocarea automată a imaginilor, oferind astfel noi informații valoroase despre proces.Utilizatorii pot face rapid și ușor instantanee ale procesului și pot include informații despre temperatură și oră/dată în documentația lor.
Termometrele IR compacte de astăzi oferă o rezoluție optică de două ori mai mare decât modelele anterioare cu senzori voluminosi, extinzându-și performanța în aplicațiile solicitante de control al procesului și permițând înlocuirea directă a sondelor de contact.
Unele modele noi de senzori IR utilizează un cap de detectare în miniatură și electronice separate.Senzorii pot atinge o rezoluție optică de până la 22:1 și pot rezista la temperaturi ambientale care se apropie de 200°C fără nicio răcire.Acest lucru permite măsurarea precisă a dimensiunilor spoturilor foarte mici în spații restrânse și în condiții ambientale dificile.Senzorii sunt suficient de mici pentru a fi instalați aproape oriunde și pot fi găzduiți într-o carcasă din oțel inoxidabil pentru protecție împotriva proceselor industriale dure.Inovațiile în electronica senzorului IR au îmbunătățit, de asemenea, capacitățile de procesare a semnalului, inclusiv funcțiile de emisivitate, eșantionare și reținere, menținere a vârfului, reținere în vale și funcții de mediere.Cu unele sisteme, aceste variabile pot fi ajustate de la o interfață cu utilizatorul de la distanță pentru un plus de confort.
Utilizatorii finali pot alege acum termometre IR cu focalizare variabilă a țintei motorizată, controlată de la distanță.Această capacitate permite ajustarea rapidă și precisă a focalizării țintelor de măsurare, fie manual în partea din spate a instrumentului, fie de la distanță, printr-o conexiune PC RS-232/RS-485.
Senzorii IR cu focalizare variabilă a țintei controlată de la distanță pot fi configurați în funcție de cerințele fiecărei aplicații, reducând șansa unei instalări incorecte.Inginerii pot regla fin focalizarea țintei de măsurare a senzorului din siguranța propriului birou și pot observa și înregistra continuu variațiile de temperatură în procesul lor pentru a lua măsuri corective imediate.
Furnizorii îmbunătățesc și mai mult versatilitatea măsurării temperaturii în infraroșu prin furnizarea sistemelor cu software de calibrare pe teren, permițând utilizatorilor să calibreze senzorii la fața locului.În plus, noile sisteme IR oferă diferite mijloace de conectare fizică, inclusiv conectori de deconectare rapidă și conexiuni terminale;lungimi de undă diferite pentru măsurarea temperaturii înalte și joase;și o gamă de semnale de miliamperi, milivolti și termocuplu.
Proiectanții de instrumente au răspuns la problemele de emisivitate asociate cu senzorii IR prin dezvoltarea de unități cu lungime de undă scurtă care minimizează erorile din cauza incertitudinii emisivității.Aceste dispozitive nu sunt la fel de sensibile la schimbările de emisivitate pe materialul țintă ca senzorii convenționali de temperatură înaltă.Ca atare, ele oferă citiri mai precise pentru diferite ținte la diferite temperaturi.
Sistemele de măsurare a temperaturii IR cu modul de corecție automată a emisivității permit producătorilor să configureze rețete predefinite pentru a se adapta la schimbări frecvente de produs.Prin identificarea rapidă a neregulilor termice în cadrul țintei de măsurare, acestea permit utilizatorului să îmbunătățească calitatea și uniformitatea produsului, să reducă deșeurile și să îmbunătățească eficiența operațională.Dacă apare o defecțiune sau un defect, sistemul poate declanșa o alarmă pentru a permite acțiuni corective.
Tehnologia îmbunătățită de detectare în infraroșu poate ajuta, de asemenea, la eficientizarea proceselor de producție.Operatorii pot alege un număr de piesă dintr-o listă de valori de referință de temperatură existentă și pot înregistra automat fiecare valoare de vârf de temperatură.Această soluție elimină sortarea și crește timpul de ciclu.De asemenea, optimizează controlul zonelor de încălzire și crește productivitatea.
Pentru ca termoformatoarele să analizeze pe deplin rentabilitatea investiției unui sistem automat de măsurare a temperaturii în infraroșu, trebuie să se uite la anumiți factori cheie.Reducerea costurilor finale înseamnă luarea în considerare a timpului, energiei și cantității de reducere a deșeurilor care poate avea loc, precum și capacitatea de a colecta și raporta informații despre fiecare foaie care trece prin procesul de termoformare.Beneficiile generale ale unui sistem automat de detectare IR includ:
• Abilitatea de a arhiva și de a oferi clienților o imagine termică a fiecărei piese fabricate pentru documentația de calitate și conformitatea ISO.
Măsurarea temperaturii în infraroșu fără contact nu este o tehnologie nouă, dar inovațiile recente au redus costurile, au crescut fiabilitatea și au permis unități de măsură mai mici.Termoformatoarele care utilizează tehnologia IR beneficiază de îmbunătățiri ale producției și de o reducere a deșeurilor.Calitatea pieselor se îmbunătățește, de asemenea, deoarece producătorii obțin o grosime mai uniformă din mașinile lor de termoformare.
For more information contact R&C Instrumentation, +27 11 608 1551, info@randci.co.za, www.randci.co.za
Ora postării: 19-aug-2019